第二章表面活性剂(王)
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表面活性剂化学(第2章)
dG= γdA
G－外界对液体作的功； A－液体新增表面的表面积； L F γ－表面自由能。 单位：J=N.m; N/m= J/m2
表面张力和表面自由能存在于一切相界面上。
2. 3 表面张力测定方法
(1) 滴重法（滴体积法）
基本原理：从毛细管滴头滴下液体
时，液滴大小与表面张力有关，溶
液表面张力越大，则滴下的液滴也
γ=RΔρg(h+r/3)/2
γ－表面张力； R－毛细管的半径；
Δρ－界面两相的密度差；
g－重力加速度； h－液面上升(或下降)的高度；
r－凹(或凸)形液面的曲率半径。
(3) 圆环法：把一圆环平置于液面上，测定将环拉离液面所需
的最大力。
γ=PF/(4πR)
γ－表面张力； P－圆环脱离液面的最大拉力； F－校正因子； R－圆环的平均半径。
2.6.2 胶束的结构
对离子型表面活性剂， 胶束内核由疏水的碳氢链构 成，双电层最内层不仅包含 极性头，还固定一部分与极 性头结合的反离子和不足以 铺满一单分子层的水化层；
离子胶束有一反离子扩散层，
即双电层外围的扩散层部分。
对非离子型表面活性
剂，外壳不存在双电层结
构。聚氧乙烯型非离子表
面活性剂胶束的外壳是一
(2) 临界胶束浓度的测定
(a) 表面张力法
以表面活性剂溶液的表
面张力γ对lgc作图得到γlgc曲线，曲线转折点所 对应的浓度即为临界胶 束浓度。表面活性剂需 提纯后方可进行测定。 不受无机盐影响；极性物
质有影响。
作表面活性剂溶液的电
(b) 电导法
导率或摩尔电导率对浓 度或浓度平方根的关系
曲线，曲线转折点所对
HLB值通常介于0～20之间， 只有亲水基时，HLB=20(如聚乙二醇)；
第二章表面活性剂分析 第三节电导法测定表面活性剂临界胶束浓度
第二章 表面活性剂分析
第三节 电导法测定表面活性剂临界胶束浓度
一、原理 对于一般电解质溶液，其导电能力由电导率L，即 电阻的例数(1/R)来衡量．若所用电导管电极面积为a， 电极间距为l， 用此管测定电解质溶液电导，则
（2-4） 式中：k是a＝1m2：、l＝1m时的电导，称作比电导 或电导率，其单位为Ω-1m-1；l/a称作电导管常数。电 导率k和摩尔电导λm由下列关系
（2-6） 为浓度无限稀时的摩尔电导，A为常数。
第三节 电导法测定表面活性剂临界胶束浓度
对于离子型表面活性剂溶液，当溶液浓度很稀时， 电导的变化规律也和强电解质一样；但当溶液浓度达到 临界胶束浓度时，随着胶束的生成，电导率发生改变， 摩尔电导急剧下降，这就是电导法测定cmc的依据。
第三节 电导法测定表面活性剂临界胶束浓度
二、仪器药品 学生型电位计，音频振荡器，示波器，恒温槽，四 钮或六钮电阻箱，电导管，容量瓶，移液管。 氯化钾，十二烷基硫酸钠(用乙醇经2~3次重结晶提 纯)，电导水。
第三节 电导法测定表面活性剂临界胶束浓度
三、实验步骤 1．电导的测量 交流电桥法测溶液的电阻，其线路如图4-2所示。 图中R1为待测溶液的电阻(待测液放在电导管)，R2为 四钮或六钮电阻箱，R3和R4为学生型电位计的滑线电阻， 阻值为10Ω，均分为1000等分。音频振荡器供给交流讯 号，示波器(图中用OSC表示)检波，也可用耳机．滑线 上的接触点固定在A，调节R2，使示波器萤光屏上的正 弦波变为一条水平线为止，此时A与B两点电位相等，即 电桥达到平衡，则 若L、H两点接柱改接L/、H/，则
第三节 电导法测定表面活性剂临界胶束浓度
2．结果处理： (1) 由0.02mol·l-1KCl水溶液在25℃时的电导率 （附录1）及测出的电阻值，求出所用电导管的电导管 常数。 (2) 计算各浓度的十二烷基硫酸钠水溶液的电导率 和摩尔电导。 (3) 将数据列表，做k-c图与λm—图，由曲线转折 点确定临界胶束浓度cmc值。
第二章表面活性剂(共56张PPT)
C14H29SO4Na 30
C16H33SO4Na 45 C18H37SO4Na 56
活性剂
C10H21CHC6H4SO3Na | CH3
表面活性剂：是这样一种物质，当它的加入量很小时，就能使溶 剂（一般为水）的表面张力或液液界面张力显著降低，改变体系 的界面状态；当它达到一定浓度时，在溶液中缔合成胶团，从而 产生润湿或反润湿、乳化或破乳、起泡或消泡、以及加溶等一系 列作用，以达到实际应用的要求。
是一类即使在很低浓度时也能显著降低表（界）面张力的物质。
6.8
=CH-
-0.475 -0.475 -0.475
2.4
-(C3H5O)-(氧丙烯基) -0.15
2.1
-CP2-
1.9
-CF3-
-0.87 -0.87
例：计算月桂酸钠的HLB值 CH3（ CH2）10-COONa
解：-CH3：， -CH2- ： -COONa：19.1
HLB=7+∑(亲水基团基数)-∑(亲油基团基数) HLB= 7 + 19.1-（-0.475）×
第二章 表面活性剂
第一节 表面活性剂基本概念
一、表面张力
界面上的分子与体相内部分子所处的
状态不同。受力状态不同。
图2—1 液相内部和液-气界面的
分子所受作用力的示意图
表面张力：液体表面任意单位长度上的
收缩力称为表面张力，单位为N·m-1
。
从能量上看，表面分子比内部分 子具有更高的能量。
要使体系的表面积增加，就必须对体系 做功。
团具有的亲水亲油平衡值。 表示表面活性剂的亲水疏水性能。
HLB值大，亲水性强，亲油性弱； HLB值小，亲油性强，亲水性弱。
（1）HLB值的规定
第二章 表面活性剂水溶性表面活性剂油溶性表面活性剂离子型表(与“表面”有关优秀PPT)
C H 3 R N + C H 3 C3 S H4 O
C H 3
第33页，共36页。
C H 3
+ R N
H 3C C l
C H 3
C H 3 R N + C H 3 C l-
C H 3
十二烷基三甲基氯化铵（防黏剂DT）
H3C
60~80℃
R Br +
N CH3
H3C
加压
CH3
+
-
RN
CH3 Br
CH3
AES泡沫丰实，对水硬度不敏感，有良好的生物降 解性，不刺激皮肤，与非离子表面活性剂有良好的复配 性能，是家用洗涤剂中最重要的表面活性剂之一，可广 泛地用来配制香波、餐具洗涤剂、洗衣粉等。
+
R O H nH 2C C2H
O
R O C2H C2H nO H
ClS 3HO R O C2H C2H nOS 3HO NaO RHO C2H C2H nOS 3NO a
脂肪伯胺也可以从脂肪酸，氨，氢直接在催化剂上反应 得到。
+ + RCON O H 3 H H 2
+ RC 2H N H 2 H 2 O
第31页，共36页。
➢季铵盐型阳离子表面活性剂
亲水基为季铵阳离子的表面活性剂
R1
R
N+
R2
R3
季铵盐是由叔胺和烷基化试剂反应而成，常见的烷基
化试剂有卤代烷 硫酸二甲酯 环氧乙烷等。
2 2 剂，头发调理剂，化妆品用乳化剂，矿石浮选剂和杀菌剂等。
3
24
第二节 化学结构与性能
二是表面张力降低能达到的最大程度，称为表面活性剂表面张力降低的能力。
第二章表面活性剂
span 20（脱水山梨醇单月桂酸酯） span 40 (脱水山梨醇单棕榈酸酯) span 60（脱水山梨醇单硬脂酸酯） span 65（脱水山梨醇三硬脂酸酯） span 80 （脱水山梨醇单油酸酯） span 85 （脱水山梨醇三油酸酯）
O CH2OOCR
OH OH
(2) 聚氧乙烯脱水山梨醇脂肪酸酯类
R-O-(CH2CH2O)nH 脂肪醇聚氧乙烯醚 R-(C6H4)-O(C2H4O)nH 烷基酚聚氧乙烯醚 R2N-(C2H4O)nH 聚氧乙烯烷基胺
非离子表面活性剂
R-CONH(C2H4O)nH 聚氧乙烯烷基酰胺
R-COOCH2(CHOH)3H 多元醇型
（四）非离子型表面活性剂
1.多元醇型
(1) 脱水山梨醇脂肪酸酯类（Span， 司盘） 其系列品种有 OH
HLB值计算
(1) 对非离子型表面活性， 可能过经验式求得:
非离子表面活性剂的HLB具有加和性。
HLBab=(HLBa×Wa+HLBb×Wb)/(Wa+Wb)
(2)理论计算法：如果HLB值是由表面活性剂分
子中各种结构基团贡献的总和，则每个基团 对HLB值的贡献可用数值表示，此数值称为 HLB基团数(group number)。
2.外加电解质对cmc值的影响
在表面活性剂溶液中加入强电解质能降低cmc值，一般对离 子型表面活性剂的影响尤其显著。
3.外加有机物对cmc值的影响比较复杂。
一般长链的极性有机物对表面活性剂的cmc值的影响显著。 例如醇、酸、胺等化合物随烃链增长，使离子型表面活性剂 的cmc值减小，而醇类对非离子型表面活性剂的cmc值影响 恰好相反。
第一节 表面活性剂分类
离子型表面活性剂
常用的离子型表面活性剂分类如下： （一）阴离子表面活性剂 1.高级脂肪酸盐：RCOO－M＋, 如硬脂酸钠、钙、 镁等。 2.硫酸盐：ROSO3－M＋，如十二烷基硫酸钠、 十六醇硫酸钠等。 3.磺酸盐：RSO3－M＋，如二己基琥珀酸磺酸钠。 烷基苯基磺酸盐通式：RC6H5SO3－M＋，如十 二烷基苯磺酸钠等。 4.胆盐 如甘胆酸钠、牛胆磺酸钠等。
O CH2OOCR
OH OH
(2) 聚氧乙烯脱水山梨醇脂肪酸酯类
R-O-(CH2CH2O)nH 脂肪醇聚氧乙烯醚 R-(C6H4)-O(C2H4O)nH 烷基酚聚氧乙烯醚 R2N-(C2H4O)nH 聚氧乙烯烷基胺
非离子表面活性剂
R-CONH(C2H4O)nH 聚氧乙烯烷基酰胺
R-COOCH2(CHOH)3H 多元醇型
（四）非离子型表面活性剂
1.多元醇型
(1) 脱水山梨醇脂肪酸酯类（Span， 司盘） 其系列品种有 OH
HLB值计算
(1) 对非离子型表面活性， 可能过经验式求得:
非离子表面活性剂的HLB具有加和性。
HLBab=(HLBa×Wa+HLBb×Wb)/(Wa+Wb)
(2)理论计算法：如果HLB值是由表面活性剂分
子中各种结构基团贡献的总和，则每个基团 对HLB值的贡献可用数值表示，此数值称为 HLB基团数(group number)。
2.外加电解质对cmc值的影响
在表面活性剂溶液中加入强电解质能降低cmc值，一般对离 子型表面活性剂的影响尤其显著。
3.外加有机物对cmc值的影响比较复杂。
一般长链的极性有机物对表面活性剂的cmc值的影响显著。 例如醇、酸、胺等化合物随烃链增长，使离子型表面活性剂 的cmc值减小，而醇类对非离子型表面活性剂的cmc值影响 恰好相反。
第一节 表面活性剂分类
离子型表面活性剂
常用的离子型表面活性剂分类如下： （一）阴离子表面活性剂 1.高级脂肪酸盐：RCOO－M＋, 如硬脂酸钠、钙、 镁等。 2.硫酸盐：ROSO3－M＋，如十二烷基硫酸钠、 十六醇硫酸钠等。 3.磺酸盐：RSO3－M＋，如二己基琥珀酸磺酸钠。 烷基苯基磺酸盐通式：RC6H5SO3－M＋，如十 二烷基苯磺酸钠等。 4.胆盐 如甘胆酸钠、牛胆磺酸钠等。
精细化学品化学第二章表面活性剂
+ 甲醇溶剂 加热
RN
C H3 C H3
2C O2
+2 H2O
高级烷基胺与低级卤代烷得反应
C16H33
CH3
N
+ CH3 CXl-
石油醚溶剂
C16H33
CH3
加压 80oC 1h
. CH3
N+ CH3 X CH3
3、6、2、2 含杂原子得季铵盐
1 含氧原子 含酰氨基得 含醚基得
2 含氮原子
特点:就是亲水得季铵阳 离子与烷基疏水基就是 通过酰胺键、酯键、醚 键或硫醚等基团相连接
60-80oC
CH3
C12H25
十二烷基三甲基溴化铵
CH3
醇介质
C16H33 X + N CH3
回流
CH3
C16H33
十六烷基三甲基溴化铵
. CH3
N+ CH3
Br- 溴
X
CH3
. CH3
N+ CH3 X CH3
2 高级烷基叔胺与低级卤代烷得反应
C12H25
CH3
加热
N
+ CH3 CXl-
CH3
加压
氨基酸型 R-NH2CHCHCOOH 甜菜碱型 RN+(CH3)2CH2COO-
非离子表面活性剂
在水中不会解离成离子:
聚乙二醇型(聚氧乙烯型)
多元醇型
R-O(CH2CH2O)nH R-COOCH2C(CH2OH)3
3、3 亲水亲油平衡值 HLB(hydrophile-lipophile balance)
2 可以和所有其她类型得表面活性剂复配 3 毒性低、对皮肤眼睛刺激性小 4 耐水硬性和耐高浓度电解质性 5 良好得生物降解性
表面活性剂第二章
性质：具有良好的渗透、润湿、乳化、分散、增溶、起泡、去
污等作用。是合成洗涤剂的主要成分之一。
阴离子表面活性剂
种
名称
典型结构式
缩写
类
烷基硫酸盐 烷基苯硫酸盐
肥皂 α烯基磺酸盐 羟基烷基磺酸盐
R 1-C H (-R 2)-S O 3N a
SA S
R -C 6H 4-S O 3N a， R = C 10~13
亲油基——亲油性原子团。与油接触相互吸引， 与水接触相互排斥。也叫憎水基。
常见有：直链烷基 c: 8～20 -c-c-c-c-c
支链烷基 c: 8～16
＞
烷基苯基
一般可从石油化工或油脂产品中获得。 亲水基——易溶于水或易被水所润湿的原子团。
常见有：羧基 磺酸基 硫酸酯基 醚基 氨基
羟基 磷酸酯基
非离子表面活性剂
聚乙二醇型 R－O（CH2CHH22OO）nHH2O H2O
(脂肪醇聚氧乙烯醚型） 多元醇型 R－COOCH2C－CCHH2O2OHH
CH2OH CH2CH2OH 烷基醇酰胺型 RCON CH2CH2OH 烷基多苷
非离子表面活性剂
名称
典型结构式
烷基聚氧乙烯醚，（烷基聚乙 二醇醚，脂肪醇聚乙二醇醚）
-COO- -SO3-
-OSO3- -O-
-N R′
R′′
-OH –OPO3-
常见表面活性剂表示符号： 亲油基
亲水基
———————
O OO
其它： ——O—— ——O——O—— 如图肥皂——脂肪酸钠的分子结构图
CH3CH2CH2CH2CH2CH2CH2CH2CH2CH2 COONa
2. 分类
离子型表面活性剂——表面活性剂溶于水时，凡能电离生成 离子的叫离子型表面活性剂。
第二章 表面活性剂的作用原理课件
也是增加单位表面积时所必须对系统做的功，单位
J/m2
Chapter Two
10
表面张力
从力的角度：作用于表面单位长度边
缘的力； 从能量角度：单位表面的表面自由能
Chapter Two
11
表面张力测定方法
滴重法：精确简便 毛细管上升法：精确度高，最常用 环法 吊片法 最大气泡压力法 滴外形法：表面吸附速率很慢的溶液
第二章 表面活性剂的作用原理
Chapter Two
1
基本内容
2.1 2.2 2.3
表面张力与表面活性 表面活性剂胶束 表面活性剂结构与性能的关系
Chapter Two
2
2.1 表面张力与表面活性
当任意两相接触时，两相之间是一个具 有相当厚度的过渡区，这一过渡区通常 称之为界面。
若其中一相为气体，这种界面通常称为表面。 但由于历史的原因, 这两个概念常常混用。
37
胶束的结构
胶束的基本结构分为两部分：内核和外层， 在水溶液中，胶团的内核由彼此结合的疏 水基构成，形成胶团水溶液中的非极性微 区。胶团内核与溶液间为水化的表面活性 剂极性基构成的外层。
a.离子型表面活性剂胶束； b.非离子型表面活性剂胶束 Chapter Two
38
胶束的结构
对离子型表面活性剂， 胶束内核由疏水的碳氢 链构成，双电层最内层 不仅包含极性头，还固 定一部分与极性头结合 的反离子和不足以铺满 一单分子层的水化层； 离子胶束有一反离子扩 散层，即双电层外围的 扩散层部分。
0 -纯溶剂的表面张力；
cmc -溶液在cmc时的表面张力。
34
Chapter Two
34
表面活性剂第2章
3. 环法
图2.9 环法表面张力测定原理示意图
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
2019/12/9
10
5. 最大汽泡压力法
2019/12/9
11
优点：该方法与接触角无关，也不需要液体密度数据，测定迅速，
被广泛使用。
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12
2.2 表面活性剂的表面活性
2.2.1 临界胶束浓度 CMC Critical Micelle Concentration
2.自聚：在溶液内部聚集，形成了多种形式的分子有序组合 体如胶团、囊泡、液晶等，表现出来多种功能，其中最基 本的是增溶作用，基于增溶作用，衍生出胶团催化、微乳 状液、间隔化反应介质、微反应器和药物载体等功能。
2019/12/9
22
2019/12/9
2
常见的界面有： (1) 气-液界面， (2) 气-固界面， (3) 液-液界面， (4) 液-固界面， (5) 固-固界面。
2019/12/9
3
2.1 表面张力
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4
由于表面层分子的受力情况与本体中不同，因此 如果要把分子从内部移到界面，或可逆的增加表面积， 就必须克服系统内部分子之间的作用力，对系统做功。
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19
乳化作用：两种不相溶的液体(油和水)中的一种，以非 常小的粒子均匀地分散到另外一种液体中形成乳状液的过 程。
加溶(增溶)作用：当表面活性剂浓度超过某个浓度后， 使得原来微溶的烷烃的溶解度突然增大，例如图2.19，2硝基二苯胺的溶解度存在突变点。
增溶作用与胶束密切相关。
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20
2.2.2 表面活性的表征
1. 溶剂表面张力的降低
第二章表面活性剂
分子结构与表面活性剂类似
的极性有机化合物
栅栏之间
甚至拉入内部。
第二章表面活性剂
5
(3) 在胶束表面的吸附增溶
既不溶于水也不溶于油的 小分子极性有机化合物 在胶束表面增容
第二章表面活性剂
6
(4)聚氧乙烯基间的增溶
以聚氧乙烯基为亲水基的 非离子表面活性剂 包裹在胶束外层的长链中
第二章表面活性剂
7
增溶量：100mL已标定的浓度的表面 活性剂溶液中，滴加被增溶物，当达饱 和开始析出时的物质的量（mol）
（2）提高液体的润湿能力
水不能在低能固体表面上铺展。为了改善其润湿 性质，常在水中加入一些表面活性剂来降低其表面 张力，以使水能很好地润湿固体表面。
阴离子型表面活性剂适合作润湿剂，阳离子型表 面活性剂在实际中就很少用作润湿剂。
第二章表面活性剂
19
润湿作用应用
1. 增加润湿作用 2. 降低润湿作用 3. 矿物浮选
第二章表面活性剂
10
四、 添加无机电解质的影响 五、 有机添加剂的影响
添加极性物质 添加非极性物质
第二章表面活性剂
11
4、 增溶作用的应用
乳液聚合 开采石油 胶片生产 洗涤剂
第二章表面活性剂
12
§2.2.5 润湿和渗透作用
1、概念 润湿：固体表面和液体接触时，以新的固－液 界面替代原有的固－气界面的过程；
搅拌并从池底鼓气，带有有效矿粉的气泡聚集表 面，收集并灭泡浓缩，从而达到了富集的目的。
不含矿石的泥砂、岩石留在池底，定时清除。
第二章表面活性剂
23
§2.2.6 乳化作用
表面活性剂在乳液中的作用
加入表面活性剂，易在两相界面形成稳定的吸 附层，使分散相的不稳定性降低，形成具有一定稳 定性的乳状液；这种使得乳状液得以稳定的作用， 称为乳化作用；
第二章 表面活性剂
LOGO
CH 2 O
聚氧丙烯聚氧乙烯聚氧丙烯丙三醇醚，GP
(C 3 H 6 O ) m CH 2 CH 2 N (C 3 H 6 O ) m (C 2 H 4 O ) n H (C 3 H 6 O ) m (C 2 H 4 O ) n H (C 3 H 6 O ) m (C 2 H 4 O ) n H (C 2 H 4 O ) n H
CH2CH2NH2
O
N
Cl
R1
N
Br
R2 R1
N
Cl
R2
R
喹啉季铵盐
吗啉季铵盐
呱啶季铵盐
Company Logo
非氮鎓盐型
LOGO
[ C12H25 P
] Br
[ C16H33 S
CH3 C2H5
] Br
溴化十六烷基甲基乙基锍 溴化十二烷基三苯基鏻
[ I
] HSO4
联苯碘鎓硫酸氢盐
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LOGO
第二章
表面活性剂
Company Logo
LOGO
§2-1 表面活性剂的结构
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一 表面活性与表面活性剂
LOGO
A B C
c↗，γ↗ c↗，γ↘ c↗，γ↘↘
无机盐 极性有机物 表面活性剂
表面活性：某物质能降低溶剂γ的性质称之。
表面活性剂:在低浓度时能显著降低溶剂γ的物质。
3 6
(N CH2CH2) x N
(C3H6O)m (C2H4O) n (C3H6O)p H
(C3H6O) m (C2H4O) n (C3H6O) p H
聚氧丙烯聚氧乙烯聚氧丙烯多乙烯多胺，AP
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(1) 降低溶剂表面张力 • 表面张力是使液体表面尽量
缩小的力，也即液体分子间 的一种凝聚力。要使液相表 面伸展，就必须抵抗这种使 表面缩小的力。
表面张力
• 液体的表面张力来
σlg
源于物质的分子或
原子间的范德华力。 • 表面张力是由于表 σsg
θ σsl
面分子和液体内部
图2-1 液体的接触角
分子所处的环境不 一样形成的。
表面活性剂的特征
(1) 结构特征 • 表面活性剂分子具有两
两亲分子示意图：
亲结构，亲油部分一般
由碳氢链（烃基），特 别是由长链烃基所构成， 亲水部分则由离子或非 离子型的亲水基所构成，
O O SO
O
_ Na+
（a） C12H25SO4-Na+
而且这两部分分处两端，
形成不对称结构。
H O O OO O
(b) C12H25(OC2H4)4OH
表面活性剂的特征
(2) 界面吸附
• 表面活性剂溶解在溶液中，当达到平衡时， 表面活性剂溶质在界面上的浓度大于在溶液 整体中的浓度。
界面吸附大体上分为正吸附和负吸附，吉 布斯表面吸附式是用来描述气-液和液-液界 面吸附量与表面张力降低间的定量关系
•
表面活性剂二元组分稀溶液的界面吸附
(7) 洗涤作用 • 洗涤功能是表面活性剂的最主要功能。工业上生产的
各种表面活性剂最大的消耗部门是家用洗衣粉、液状 洗涤剂和工业清洗剂。洗涤去污作用是由于表面活性 剂降低了表面张力而产生的润湿、渗透、乳化、增溶、 分散等多种性能综合的结果。被沾污物放入洗涤剂溶 液中，先充分润湿、渗透，使溶液进入油污内部，污 垢容易脱落，然后洗涤剂将脱落下来的油污乳化，分 散于溶液中，经清水漂洗而除去。
第二章 表面活性剂
第一节 表面活性剂概述
• 定义：表面活性剂是指在加入少量时就能 显著降低溶液表面张力并改变体系界面状 态的物质 。
• 表面活性剂达到一定浓度后可缔合形成胶 团，从而具有润湿或抗粘、乳化或破乳、 起泡或消泡以及增溶、分散、洗涤、防腐、 抗静电等一系列物理化学作用及相应的实 际应用，成为一类灵活多样、用途广泛的 精细化工产品。
可用吉布斯吸附式描述。
表面活性剂的特征
•吉布斯等温吸附式可表达如下：
S
CS nRT
d
dCS
式中界面溶质的吸附量Гs，溶质的浓度Cs，表面张力降低
的速度dγ/ dCs,
对于脂肪醇表面活性剂，n = 1 ; 对于1:1型离子型表面活
性剂，n = 2 。
表面活性剂的特征
(3) 界面定向
空气
❖ 表面活性剂分子
表面活性剂的主要作用
(3) 乳化作用
• 在油水两相体系中，加入 表面活性剂在强烈搅拌下， 油层被分散，表面活性剂 的憎水端吸附到油珠的界 面层，形成均匀的细液滴 乳化液，这一过程称为乳 化。分为油/水乳化液和水 /油乳化液两种。
表面活性剂的主要作用
(4) 起泡作用 气泡稳定的原因：
（1）降低表面张力； （2）泡膜有一定的强度和弹去污力溶Fra bibliotek起泡力
液
性
质
表面张力
渗透力
CMC 表面活性剂浓度 表面活性剂浓度与溶液性质的关系
S－固相；L－液相；G－气相； θ－接触角； x－三相接触线上任一点； σlg－液体表面张力 σsg －固-气界面张力；σsl－固－液界面张力
表面活性剂的主要作用
(2) 胶团化作用
➢
表面活性剂在达到临界胶 束浓度(CMC)后，许多分 子缔合成胶团。在溶液中，
胶团与分子或离子处于平
+
++ +
+ ++ + __ __ _ _
在界面上会定向
水
界面
排列成分子层。 如图所示：
表面活性剂的界面定向
表面活性剂的特征
(4) 生成胶束 • 当表面活性剂溶质浓度达到一定时，它
的分子会产生聚集而生成胶束，这种浓 度的极限值称为临界胶束浓度(Critical Micelle Concentration, 简称CMC)。
表面活性剂的主要作用
cos
称杨氏方程。
sg sl gl
式中，θ为接触角，γsg 为固/气界面张力，γsl 为固 /液界面张力，γgl 为气/液界面张力。 显然，接触角越小润湿性能越好，习惯上将θ = 90°定 为润湿与否的标准：θ ＞ 90°叫做不润湿；θ ＜ 90° 则叫做润湿；θ = 0°则叫做铺展。
表面活性剂的主要作用
性； （3）要有适当的表面粘 度。
表面活性剂的主要作用
(5) 增溶作用
• 增溶与胶束有关，由 于胶束的存在而使难 溶物溶解度增加的现 象统称为增溶现象。
表面活性剂的主要作用
γgl
G
γslL θ
S
液滴润湿示意图
(6) 润湿作用
• 固体表面与液体接触时，原来的 气-固界面消失，形成新的液-固 界面，这种现象称为润湿。表面 活性剂促进润湿，是基于：（1） 降低了水的表面张力，使水珠迅
表面活性剂的主要作用
• 此外，有些表面活性剂还有抗静 电作用、柔软平滑作用、杀菌作 用等派生作用。
表面活性剂的有关概念
• 表面活性剂在分子结构上的特点，是兼 含有很强的亲水性和疏水性（或称憎水 性、亲油性）基团。
• 界面吸附 • 临界胶束浓度 • 亲水亲油平衡值HLB
临界胶束浓度
• 表面活性剂开始形成胶束的浓度为临界胶束 浓度，简称CMC。当溶液浓度低于CMC时， 由于表面活性剂分子的界面吸附和在界面上 定向排列，溶液的表面张力随浓度的增高而 迅速降低，其使用性能亦相应地提高。直至 达到CMC时，表面活性剂已在溶液的界面上 排列成单分子膜，此时表面张力降至最低点。 此后活性物浓度的增高对于表面张力和使用 性能的影响不大。因此CMC是反映表面活性 剂的一个重要指标。
γsg 速扩散达到完全润湿；（2）界 面定向作用。表面活性剂能提高 水的润湿和渗透能力，其大小常 用接触角来描述。在固、液、气 三相交界处，自固/液界面经过液 体内部到气/液界面的夹角叫做接 触角，以θ表示。
表面活性剂的主要作用
• 接触角与固/气、固/
液、液/气界面张力间
的关系如右式，此方 程称为润湿方程，又
+ + _
++ + +
_
_
+ __
+ +
+
_ _
+ +
衡状态。右图为球形胶束
+_
+
_
_+ _+
模型：其结构包括有胶束 中心核、平衡离子和周围 的水层。水溶液中的离子 胶团有扩散双电层，而非
++
_ _
_+ _+
++
_ _
_
__
_ _
++ ++
++ +
+ +
+
+ +
+
离子胶团不存在扩散双电
层。
球形胶束模型
缩小的力，也即液体分子间 的一种凝聚力。要使液相表 面伸展，就必须抵抗这种使 表面缩小的力。
表面张力
• 液体的表面张力来
σlg
源于物质的分子或
原子间的范德华力。 • 表面张力是由于表 σsg
θ σsl
面分子和液体内部
图2-1 液体的接触角
分子所处的环境不 一样形成的。
表面活性剂的特征
(1) 结构特征 • 表面活性剂分子具有两
两亲分子示意图：
亲结构，亲油部分一般
由碳氢链（烃基），特 别是由长链烃基所构成， 亲水部分则由离子或非 离子型的亲水基所构成，
O O SO
O
_ Na+
（a） C12H25SO4-Na+
而且这两部分分处两端，
形成不对称结构。
H O O OO O
(b) C12H25(OC2H4)4OH
表面活性剂的特征
(2) 界面吸附
• 表面活性剂溶解在溶液中，当达到平衡时， 表面活性剂溶质在界面上的浓度大于在溶液 整体中的浓度。
界面吸附大体上分为正吸附和负吸附，吉 布斯表面吸附式是用来描述气-液和液-液界 面吸附量与表面张力降低间的定量关系
•
表面活性剂二元组分稀溶液的界面吸附
(7) 洗涤作用 • 洗涤功能是表面活性剂的最主要功能。工业上生产的
各种表面活性剂最大的消耗部门是家用洗衣粉、液状 洗涤剂和工业清洗剂。洗涤去污作用是由于表面活性 剂降低了表面张力而产生的润湿、渗透、乳化、增溶、 分散等多种性能综合的结果。被沾污物放入洗涤剂溶 液中，先充分润湿、渗透，使溶液进入油污内部，污 垢容易脱落，然后洗涤剂将脱落下来的油污乳化，分 散于溶液中，经清水漂洗而除去。
第二章 表面活性剂
第一节 表面活性剂概述
• 定义：表面活性剂是指在加入少量时就能 显著降低溶液表面张力并改变体系界面状 态的物质 。
• 表面活性剂达到一定浓度后可缔合形成胶 团，从而具有润湿或抗粘、乳化或破乳、 起泡或消泡以及增溶、分散、洗涤、防腐、 抗静电等一系列物理化学作用及相应的实 际应用，成为一类灵活多样、用途广泛的 精细化工产品。
可用吉布斯吸附式描述。
表面活性剂的特征
•吉布斯等温吸附式可表达如下：
S
CS nRT
d
dCS
式中界面溶质的吸附量Гs，溶质的浓度Cs，表面张力降低
的速度dγ/ dCs,
对于脂肪醇表面活性剂，n = 1 ; 对于1:1型离子型表面活
性剂，n = 2 。
表面活性剂的特征
(3) 界面定向
空气
❖ 表面活性剂分子
表面活性剂的主要作用
(3) 乳化作用
• 在油水两相体系中，加入 表面活性剂在强烈搅拌下， 油层被分散，表面活性剂 的憎水端吸附到油珠的界 面层，形成均匀的细液滴 乳化液，这一过程称为乳 化。分为油/水乳化液和水 /油乳化液两种。
表面活性剂的主要作用
(4) 起泡作用 气泡稳定的原因：
（1）降低表面张力； （2）泡膜有一定的强度和弹去污力溶Fra bibliotek起泡力
液
性
质
表面张力
渗透力
CMC 表面活性剂浓度 表面活性剂浓度与溶液性质的关系
S－固相；L－液相；G－气相； θ－接触角； x－三相接触线上任一点； σlg－液体表面张力 σsg －固-气界面张力；σsl－固－液界面张力
表面活性剂的主要作用
(2) 胶团化作用
➢
表面活性剂在达到临界胶 束浓度(CMC)后，许多分 子缔合成胶团。在溶液中，
胶团与分子或离子处于平
+
++ +
+ ++ + __ __ _ _
在界面上会定向
水
界面
排列成分子层。 如图所示：
表面活性剂的界面定向
表面活性剂的特征
(4) 生成胶束 • 当表面活性剂溶质浓度达到一定时，它
的分子会产生聚集而生成胶束，这种浓 度的极限值称为临界胶束浓度(Critical Micelle Concentration, 简称CMC)。
表面活性剂的主要作用
cos
称杨氏方程。
sg sl gl
式中，θ为接触角，γsg 为固/气界面张力，γsl 为固 /液界面张力，γgl 为气/液界面张力。 显然，接触角越小润湿性能越好，习惯上将θ = 90°定 为润湿与否的标准：θ ＞ 90°叫做不润湿；θ ＜ 90° 则叫做润湿；θ = 0°则叫做铺展。
表面活性剂的主要作用
性； （3）要有适当的表面粘 度。
表面活性剂的主要作用
(5) 增溶作用
• 增溶与胶束有关，由 于胶束的存在而使难 溶物溶解度增加的现 象统称为增溶现象。
表面活性剂的主要作用
γgl
G
γslL θ
S
液滴润湿示意图
(6) 润湿作用
• 固体表面与液体接触时，原来的 气-固界面消失，形成新的液-固 界面，这种现象称为润湿。表面 活性剂促进润湿，是基于：（1） 降低了水的表面张力，使水珠迅
表面活性剂的主要作用
• 此外，有些表面活性剂还有抗静 电作用、柔软平滑作用、杀菌作 用等派生作用。
表面活性剂的有关概念
• 表面活性剂在分子结构上的特点，是兼 含有很强的亲水性和疏水性（或称憎水 性、亲油性）基团。
• 界面吸附 • 临界胶束浓度 • 亲水亲油平衡值HLB
临界胶束浓度
• 表面活性剂开始形成胶束的浓度为临界胶束 浓度，简称CMC。当溶液浓度低于CMC时， 由于表面活性剂分子的界面吸附和在界面上 定向排列，溶液的表面张力随浓度的增高而 迅速降低，其使用性能亦相应地提高。直至 达到CMC时，表面活性剂已在溶液的界面上 排列成单分子膜，此时表面张力降至最低点。 此后活性物浓度的增高对于表面张力和使用 性能的影响不大。因此CMC是反映表面活性 剂的一个重要指标。
γsg 速扩散达到完全润湿；（2）界 面定向作用。表面活性剂能提高 水的润湿和渗透能力，其大小常 用接触角来描述。在固、液、气 三相交界处，自固/液界面经过液 体内部到气/液界面的夹角叫做接 触角，以θ表示。
表面活性剂的主要作用
• 接触角与固/气、固/
液、液/气界面张力间
的关系如右式，此方 程称为润湿方程，又
+ + _
++ + +
_
_
+ __
+ +
+
_ _
+ +
衡状态。右图为球形胶束
+_
+
_
_+ _+
模型：其结构包括有胶束 中心核、平衡离子和周围 的水层。水溶液中的离子 胶团有扩散双电层，而非
++
_ _
_+ _+
++
_ _
_
__
_ _
++ ++
++ +
+ +
+
+ +
+
离子胶团不存在扩散双电
层。
球形胶束模型